涡旋光束的自适应光学波前校正技术研究进展（特邀）

涡旋光束携带了与其螺旋波前结构相关的轨道角动量,由于其在通信系统不增加带宽情形下可极大增加系统容量和频谱效率,引起了广泛关注。然而,自由空间中的湍流将导致涡旋光束的螺旋波前发生畸变,产生模间串扰,降低接收功率,从而削弱链路性能。自适应光学波前校正技术是克服干扰的有效手段之一。综述了涡旋光束的自适应光学波前校正技术的发展,阐述了Shack-Hartmann、随机并行梯度下降、Gerchberg-Saxton三种算法的校正原理,分析了深度学习在波前校正技术中的应用,并介绍了笔者课题组对水下湍流环境中波前校正技术的研究工作。     

高性能服务器上爆轰波传播的并行计算

在基于CC-NUMA结构的高性能计算机上，研究三维空间非理想爆轰波传播的并行化计算。通过对原串行程序进行分析与测试，确定了以曲率计算、第一次差分计算和第二次差分计算等为并行化的重点。结合并行机结构特点，采用“分而治之”和负载平衡等并行处理技术，将串行程序转化成并行程序。在高性能服务器上进行数值模拟计算与测试表明，爆轰波传播并行程序的运算速度得到了大幅度的提高。     

基于性能预测的推测多线程循环选择方法

线程级推测(Thread-Level Speculation, TLS)是多核上一种加速串行程序的线程级自动并行化技术。循环具有规则的结构并在运行时占有大量的执行时间,因此循环是挖掘并行性的理想对象。然而,选择哪些循环并行才能提高程序的加速比是一个很难决定的问题。为了解决该问题,该文提出一种基于性能预测的循环选择方法。基于输入训练集获取程序预执行的剖析信息,同时结合各种推测因素,构建了循环结构的性能预测模型。预测结果定量评估了循环推测并行的加速比并决定该循环在运行时是否适合并行。实验结果表明,该文提出的方法能有效地预测循环并行时所蕴含的并行性,并依据预测结果准确地选择具有并行收益的循环推测并行,最终Olden基准测试集加速比性能平均提升了12.34%。     

基于最优延时和多天线的并行检测算法

循环平稳特征检测是一种在低信噪比时也能准确发现信号的盲检测技术,但其算法计算周期较长.针对此问题提出了一种改进的并行渐进最优卡方检测算法,通过识别循环谱特性和遍历循环自相关确定最优的循环频率和延时,用循环自相关以及渐进协方差矩阵构建检验统计量,并对二维向量和谱分量实部和虚部进行合并及迭代过程并行处理,仿真得到了检测概率和检测时间.同时,根据最大似然比统计量的有偏估计和渐进分布特性导出了检测概率的表达式,结果表明:最优延时的理论与仿真吻合得很好,多天线技术充分利用了空间分集,在干扰较强时仍然具有较高的检测概率,且并行处理过程能有效减少检测时间.     

循环迭代间不规则并行性高效,完全的开发方法

循环占据了FORTRAN程序的大部分运行时间,循环级并行性的有效开发是程序并行化过程中一个最关键环节之一,尽管人们已对循环并行化进行了广泛而深入的研究,然而现有技术对循环的处理并不是那么令人满意。本文提出了一种新的能有效、完全地开发循环迭代间不规则并行性的技术。     

涡旋光束的自适应光学波前校正技术

涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束，其特点是其光强分布为环形，携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数，同时不同角量子数的光束之间相互正交，因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空间传输时会受到大气湍流的影响，进而产生波前畸变，因此需要采用自适应波前校正技术对畸变后的光束进行校正。文中对现有的涡旋光束波前校正技术进行了概述，重点介绍了笔者课题组提出的应用GS相位恢复算法和高斯光束探针相结合对涡旋光束波前畸变校正的技术及应用SPGD算法和泽尼克多项式对涡旋光束波前畸变校正的研究工作。     

实时多波门图像归一化相关算法的设计与实现

大模板、多波门的相关算法在图像信噪比低、重复模式较多的情况下具有稳定性好、解算精度高的优点,因此其在视场运动分析应用中倍受关注。本文针对大模板、多波门相关运算实时性的问题,提出了一种并行流水运算结构。该结构能够完成对ITU656数字视频码流进行32×32的模板实时归一化相关运算,依据当前码流在图像中的位置信息,实时切换模板,实现多波门搜索。实验结果表明,该结构相关运算仅延迟1.04μs,有效地解决了运算实时性问题。     

DSMC并行仿真中的迁移相关分析方法

程序相关性分析理论和技术是程序并行化的基础和前提。对直接仿真蒙特卡洛（Direct Simulation Monte Carlo，DSMC）方法进行分析，针对并行仿真计算中分子动态迁移引起相关的实质，提出了迁移相关的概念，并给出了DSMC程序的迁移相关分析算法。对实际算例的处理结果说明了该方法的正确性和有效性。     

K频段自适应前馈行波管放大器设计

空间通信系统高保真转发对大功率行波管放大器的线性化度提出了更高的要求。针对高频段和大功率应用,基于预失真和前馈线性化技术,设计了一种K频段50 W自适应前馈线性化行波管放大器,介绍了其基本原理和参数,研究了前馈双检波电路结构及并行变步长的组合自适应控制算法。在K频段400 MHz带宽内,实现了输入功率20 dB大动态调整情况下失真信号自适应对消抑制,在相对于单载波饱和输出功率回退3 dB点,三阶交调小于-35 dBc,验证了前馈线性化技术在线性度改善方面的巨大优势。     

基于点衍射干涉仪的分布式随机并行梯度下降算法

分析了一种光强解耦合的分布式随机并行梯度下降算法,此算法借助近场的波前传感器得到性能指标来得到算法的更新参数,这种性能指标解耦了随机并行梯度下降算法使用的耦合的全场光强,使得算法性能得到提升.分析了一种马赫泽得形式的自参考点衍射干涉仪作为波前传感器.建立两种仿真模型对算法进行了分析,结果表明分布式的随机并行梯度下降算法...     

高精度混沌测量电路研究

由于工作环境等因素造成混沌系统的参数发生漂移,从而在利用混沌轨道距离测量小信号时,精度得不到提高.本文提出了一种减少混沌测量电路参数漂移的新方法.利用镜像恒流源的工作原理,采用三个性能一致的晶体管和若干二极管组成RC充放电回路,该电路结构简单,实验结果表明它能有效地提高测量精度.     

高能激光器自由旋涡气动窗口激光波前畸变的初步研究

分析了用哈特曼 夏克波前传感器研究高能激光器自由旋涡气动窗口对输出激光波前畸变的原理 ,并利用37单元哈特曼波前传感器实验研究自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响。结果表明 ,自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦 ,而其他低阶及高阶像差都比较小。由于透射激光束的偏转是稳定的 ,很容易由倾斜镜进行校正 ,因此稳定工作状态下的自由旋涡气动窗口能够满足实验需求。     

虚拟线圈数对车流量统计模型影响的定量分析

在定量分析虚拟线圈数目对车流量统计准确率影响因素基础上,采用简化的高斯混合模型进行背景提取,使用背景差法提取出前景信息,经过图像后处理进行车流量统计.最后,基于OpenCV采用C++语言编程实现了求解分析.     

Hartmann—Shack传感器在光束质量测量中的应用

Hartmann-Shack探测器是广泛应用在适应光学技术、光学加工检测及激光光束质量检测等方面的一种新型波前探测技术。本文在介绍了Hartmann-Shack传感器原理的基础上,着重讨论了它在激光光束质量测量方面的应用.     

A complete factorization of paraunitary matrices with pairwisemirror-image symmetry in the frequency domain

The problem of designing orthonormal (paraunitary) filter banks has been addressed in the past. Several structures have been reported for implementing such systems. One of the structures reported imposes a pairwise mirror-image symmetry constraint on the frequency responses of the analysis (and synthesis) filters around π/2. This structure requires fewer multipliers, and the design time is correspondingly less than most other structures. The filters designed also have much better attenuation. We characterize the polyphase matrix of the above filters in terms of a matrix equation. We then prove that the structure reported in a paper by Nguyen and Vaidyanathan (1988), with minor modifications, is complete. This means that every polyphase matrix whose filters satisfy the mirror-image property can be factorized in terms of the proposed structure     

基于数字微镜器件的朗契检验

将传统的朗契检验原理、数字微镜器件和同位相探测方法结合起来,快速、较高精度地检测球面非球面透镜或大量值波像差.用数字微镜器件作为记录介质,代替普通的照相胶片,实时记录计算全息图.实验时先通过编制的程序,在计算机的控制下,在小数字微镜器件上显示一个光栅图像.然后将此小数字微镜器件放入朗契检验装置中.通过程序让光栅像移动与转动,并相应拍摄一系列朗契图像.最后进行分析计算.它的优点是代替普通的光学光栅和步进电机,并在测试中不要实际地移动与转动光栅.这样去除了因电机移动和光栅转动引起的测量误差,节省了时间.分析了数字微镜器件在光电测试中的应用特性.用同位相探测方法对球面进行了测量与计算,并进行了此球面的波面复原,给出了波像差的二维、三维图.     

高功率固体激光系统棒状放大器的热畸变理论

建立了从棒状放大器能量沉积分布研究其热畸变理论的计算机模拟程序.可以计算棒状放大器泵浦期间和泵浦结束之后冷却过程中激光棒内的温度分布、应力分布、折射率分布以及激光束的退偏量、平均光束发散角和位相畸变.用哈特曼网格法测量了氙灯泵浦对激光波面的影响以及放大器的冷却过程.测量结果与计算结果一致.     

复杂航迹和起伏地形条件下SAR极坐标格式算法波前弯曲误差补偿

极坐标格式算法(PFA)受波前弯曲误差影响,其有效成像场景范围受到一定限制.采用图像域的空变后滤波处理可以有效补偿波前弯曲误差,但该方法基于雷达平台线性运动假设,无法满足大机动条件下的波前弯曲误差补偿要求.本文提出了一种改进的空变后处理方法,该方法通过对相位历史域的波前弯曲误差函数做与PFA成像相同的极坐标格式转换处理,得到波前弯曲误差在两维空间频域的精确表示,因此再通过分块后滤波处理能够精确补偿雷达任意航迹和地形起伏条件下PFA波前弯曲误差,显著提高PFA有效成像场景范围.最后通过仿真数据处理验证了该算法的有效性.     

计算全息干涉实现防伪和信息的加密存储

提出一种位相编码计算全息干涉防伪术。这种方法用迂回位相法对光波进行位相编码,然后用这个编码的光波和另一由计算全息产生的参考光波干涉,从干涉图样中可以读出所记录的信息,没有参考计算全息图则无法读出记录的信息。这种计算防伪全息图的特点是设计灵活、使用方便、可由白光再现。具有很强的防伪力度。